4.2: Палеомагнітні докази тектоніки плит

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36721

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Хоча Альфред Вегенер не дожив би цього, його теорія тектоніки плит поступово набуває визнання в науковому співтоваристві, оскільки почало накопичуватися більше доказів. Деякі з найважливіших доказів прийшли з вивчення палеомагнетизму, або змін магнітного поля Землі протягом мільйонів років.

Магнітне поле Землі визначається Північним і Південним полюсами, які в цілому вирівнюються з віссю обертання (рис.\(\PageIndex{1}\)). Лінії магнітної сили впадають в Землю в Північній півкулі і поза Землею в Південній півкулі. Через форму ліній поля магнітна сила тренується під різними кутами до поверхні в різних місцях (червоні стрілки малюнка\(\PageIndex{1}\)). На Північному і Південному полюсах сила вертикальна. У будь-якому місці на екваторі сила горизонтальна, а всюди між ними магнітна сила знаходиться під деяким проміжним кутом до поверхні.

\(\PageIndex{1}\)Малюнок Зображення магнітного поля Землі у вигляді стрижневого магніту, що збігається з ядром. Південний полюс такого магніту вказує на Північний полюс Землі. Червоні стрілки відображають орієнтацію магнітного поля в різних місцях на поверхні Землі (Стівен Ерл після: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ 1/17/Earths_Magnetic_Field_ Confusion.svg).

У своїй рідкій формі мінерали, що входять до складу магми, вільні рухатися в будь-якому напрямку і приймати будь-яку орієнтацію. Але коли магма охолоджується і твердне, рух припиняється і мінеральна орієнтація і положення стають фіксованими. Коли мінеральний магнетит (Fe ₃ O ₄) кристалізується з магми, він намагнічується з орієнтацією, паралельною орієнтації магнітного поля Землі в той час, подібно до того, як стрілка компаса вирівнюється з магнітним полем до точки на північ. Цей магнітний запис у скелі називається залишковим магнетизмом. Такі породи, як базальт, які охолоджуються від високої температури і зазвичай мають відносно високий рівень магнетиту, особливо сприйнятливі до намагнічування таким чином, але навіть опади та осадові породи, якщо вони мають невелику кількість магнетиту, набудуть залишкового магнетизму, оскільки магнетит зерна поступово переорієнтуються після осадження. Вивчаючи як горизонтальну, так і вертикальну складові залишкового магнетизму, можна сказати не тільки напрямок на магнітний північ в момент утворення породи, але і широту, де утворилася порода щодо магнітної півночі.

На початку 1950-х років група геологів з Кембриджського університету, включаючи Кіта Ранкорна, Едварда Ірвінга та кількох інших, почала розглядати залишок магнетизму фанерозойських британських і європейських вулканічних порід, а також збирати палеомагнітні дані. Вони виявили, що породи різного віку, відібрані з взагалі однієї і тієї ж області, показали досить різні видимі позиції магнітних полюсів (зелена лінія, малюнок\(\PageIndex{2}\)). Спочатку вони припускали, що це означало, що магнітне поле Землі з часом значно відійшло від свого теперішнього положення, яке знаходиться близько до полюса обертання.

Малюнок\(\PageIndex{2}\) Полярні блукаючі криві. Криві Євразії та Північної Америки, схоже, показують, що північний магнітний полюс розташовувався в двох місцях одночасно протягом всієї історії (зліва). Однак, якщо континенти перебудовані в Пангею, дві криві перекриваються, показуючи, що це континенти, ніж перемістилися, а не полюс (праворуч) (Стівен Ерл, «Фізична геологія»).

Крива, визначена палеомагнітними даними, називалася полярним блукаючим шляхом, оскільки Ранкорн та його колеги спочатку думали, що їх дані представляють фактичний рух магнітних полюсів (оскільки геофізичні моделі того часу припускали, що магнітні полюси не потрібно вирівнювати з полюси обертання). Тепер ми знаємо, що магнітні дані визначають рух материків, а не магнітних полюсів, тому ми називаємо це очевидним полярним блукаючим шляхом (APWP). Ранкорн і його колеги незабаром поширили свою роботу на Північну Америку, і це також показало очевидні полярні блукання, але результати не узгоджувалися з результатами з Європи (рис.\(\PageIndex{2}\)). Наприклад, полюс 200 Ма для Північної Америки розміщений десь у Китаї, тоді як полюс 200 Ма для Європи розміщений у Тихому океані. Оскільки там міг бути тільки один полюс позиції на 200 Ма, ці докази рішуче підтвердили ідею про те, що Північна Америка і Європа рухалися відносно один одного з 200 Ма. Наступні палеомагнітні роботи показали, що Південна Америка, Африка, Індія та Австралія також мають унікальні полярні блукаючі криві. Перестановка континентів на основі їх позицій в Пангеї призвела до того, що ці блукаючі криві перекривалися, показуючи, що континенти рухалися з часом.

Додаткові докази руху материків надійшли з аналізу магнітного падіння. Нагадаємо з малюнка\(\PageIndex{1}\), що кут магнітного поля змінюється в залежності від широти, при цьому поле спрямоване вертикально вниз на північному полюсі, вгору на південному полюсі, і горизонтально на екваторі. Кожна широта між екватором і полюсами матиме відповідний кут між горизонталлю і вертикаллю (червоні стрілки, рис.\(\PageIndex{1}\)). Дивлячись на кут занурення в скелі, ми можемо визначити широту, на якій ці породи утворилися. Поєднуючи це з віком гірських порід, ми можемо простежити рухи материків з плином часу. Наприклад, близько 500 Ма, те, що ми зараз називаємо Європою, було на південь від екватора, і тому європейські породи, що утворилися тоді, придбали б спрямовану вгору магнітне поле орієнтації (рис.\(\PageIndex{3}\)). Між тим і зараз Європа поступово рухалася на північ, а породи, що утворюються в різний час, набували більш круті і крутіші спрямовані вниз магнітні орієнтації.

Малюнок\(\PageIndex{3}\) Гіпотетичні магнітні кути падіння з шарів гірської породи. Ця скеля була б на південь від екватора 500 Ма, на екваторі 400 Ма, і з тих пір рухалася далі на північ (Стівен Ерл, «Фізична геологія»).

Ця палеомагнітна робота 1950-х років була першим новим свідченням на користь дрейфу континентів, і це змусило ряд геологів почати думати, що ідея може мати деякі заслуги.

* «Фізична геологія» Стівена Ерла використовується за міжнародною ліцензією CC-BY 4.0. Завантажте цю книгу безкоштовно за адресою http://open.bccampus.ca